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산, 염기, 염과 적정

무기 화합물은 크게 산화물, 산, 염기, 염의 네 부류로 나뉩니다. 이들은 서로 이어져 있어요. 금속은 염기성 산화물이 되고, 그것이 염기가 되며, 염기와 산이 만나면 염과 물이 생깁니다. 적정은 이 중화 반응으로 모르는 농도를 재는 방법입니다. 농도를 아는 염기를 뷰렛에서 조금씩 넣어 산이 모두 쓰일 때까지(당량점) 기다리지요. 그러면 반응 비율에 따라 산의 몰수 = 염기의 몰수이고, 1 : 1 반응에서는 C₁V₁ = C₂V₂ 입니다.

🎬 단계별 이야기

  1. 대부분의 무기 화합물은 산, 염기, 염, 산화물 네 부류 중 하나에 속해요. 부류마다 화학식에 나타나는 규칙이 있습니다.
  2. 이 부류들은 가계도처럼 이어져 있어요. 금속이 타면 염기성 산화물이 됩니다. 산화물에 물을 더하면 염기가 되고, 염기에 산을 더하면 염이 생깁니다.
  3. 이제 마지막 반응으로 농도를 재 봅시다. 플라스크에는 산 25 mL가 들어 있고, 뷰렛에는 농도를 아는 염기가 들어 있어요.
  4. 염기를 천천히 넣습니다. 처음에는 쓰일 산이 아직 많아서 pH가 조금만 올라가요.
  5. 25 mL 근처에서 산이 모두 쓰입니다. 한 방울만 더 넣어도 pH가 약 3에서 11로 확 뛰고, 지시약이 분홍색으로 변해요. 이 지점이 당량점입니다.
  6. 이제 직접 해 보세요. 슬라이더를 끌어 염기를 넣고, 색이 바뀌는 정확한 부피를 찾아 pH를 읽어 보세요.

팁: 3D 화면을 드래그하면 돌아가요. 두 손가락으로 확대할 수 있어요.

🤔 헷갈리는 점, 한 번에 해결

NH₃는 화학식에 OH가 없는데 왜 염기일까요?

브뢴스테드–로리 정의에서 염기는 양성자를 받는 물질이에요. NH₃가 물에서 H⁺를 가져가 NH₄⁺ + OH⁻가 됩니다.

왜 금속 산화물은 염기성이고 비금속 산화물은 산성일까요?

금속 산화물은 물과 만나 수산화물이 되고(CaO → Ca(OH)₂), 비금속 산화물은 산이 됩니다(SO₂ → H₂SO₃). 2단계의 흐름을 따라가 보세요.

메스실린더 말고 왜 뷰렛이 필요할까요?

뷰렛은 0.05 mL까지 읽을 수 있고 한 방울씩 넣을 수 있어서 색이 바뀌는 순간에 정확히 멈출 수 있어요.

처음 20 mL 동안 pH가 거의 변하지 않는 이유는 무엇일까요?

아직 산이 많이 남아 있어요. 1 mL마다 H⁺의 작은 부분만 없어지고 pH는 로그 눈금이거든요. 4단계의 짧은 막대를 보세요.

왜 한 방울에 색이 바뀔까요?

당량점 근처에서는 산이 거의 없어서, 염기 한 방울이 용액을 약한 산성에서 염기성으로 바꾸고 pH가 지시약의 변색 범위로 뛰어 들어가요.

당량점은 항상 pH 7일까요?

강산 + 강염기일 때만 그래요. 약산 + 강염기는 7보다 높고, 강산 + 약염기는 7보다 낮아요.

무기 화합물의 네 부류

산화물은 어떤 원소가 산소와 만든 화합물이에요(CaO, CO₂ 등). 금속 산화물은 대체로 염기성이고, 비금속 산화물은 대체로 산성입니다. Al₂O₃와 ZnO처럼 산과 염기 둘 다와 반응하는 양쪽성 산화물도 있어요.

산은 물에서 H⁺ 이온을 내놓습니다(HCl, H₂SO₄, HNO₃). 염기는 OH⁻ 이온을 내놓거나 H⁺를 받아요(NaOH, Ca(OH)₂, NH₃). 물에 녹는 염기는 알칼리라고 합니다. 염은 금속(또는 NH₄⁺) 이온과 산에서 남은 이온으로 이루어져요(NaCl, CuSO₄, NH₄NO₃).

알아 둘 산-염기 정의

산, 염기, 염의 이름 짓기

부류 사이의 관계

한 원소를 따라가면 여러 부류를 거치며 가계도처럼 이어져요.

금속: Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃ (2Ca + O₂ → 2CaO; CaO + H₂O → Ca(OH)₂; Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O)

비금속: S → SO₂ → H₂SO₃ → Na₂SO₃

두 줄은 염에서 만납니다. 염은 여러 방법으로 만들어져요. 산 + 염기, 산 + 금속, 산 + 염기성 산화물, 염기 + 산성 산화물, 산 + 탄산염이 있습니다.

적정 소개

적정은 농도를 모르는 용액을 농도를 아는 용액(표준 용액 또는 적정액)과 반응시켜 농도를 알아내는 방법이에요.

  1. 모르는 산의 정확한 부피(예: 25.0 mL)를 피펫으로 삼각 플라스크에 넣고 지시약을 2~3방울 떨어뜨립니다.
  2. 뷰렛에 표준 염기를 채웁니다. 눈높이에서 메니스커스 아랫부분의 눈금을 읽어 처음 부피를 기록해요.
  3. 플라스크를 흔들며 염기를 넣습니다. 끝이 가까워지면 한 방울씩 넣어요.
  4. 색이 처음으로 사라지지 않고 바뀌는 순간, 즉 종말점에서 멈추고 마지막 눈금을 기록합니다. 두 결과의 차이가 0.10 mL 이내로 맞을 때까지(일치값) 반복해요.

당량점 = 화학 반응식에 따라 산과 염기의 몰수가 정확히 맞는 지점. 종말점 = 지시약의 색이 바뀌는 지점. 좋은 지시약은 두 지점을 거의 같게 만들어 줍니다.

적정 곡선과 지시약 고르기

넣은 염기의 부피에 따른 pH를 그래프로 그리면 S자 모양의 적정 곡선이 나와요.

규칙: 변색 범위가 곡선의 가파른 구간 안에 들어가는 지시약을 고르세요.

적정 계산

몰수 = 농도(mol/L) × 부피(L). 균형 잡힌 반응식의 비율을 사용하세요.

HCl + NaOH (1 : 1)에서는 CaVa = CbVb 입니다.

H₂SO₄ + 2NaOH에서는 NaOH의 몰수 = H₂SO₄ 몰수의 2배이므로 2CaVa = CbVb 입니다.

당량점 전(강산): [H⁺] = (남은 산의 몰수) ÷ (전체 부피). 당량점 후: [OH⁻] = (남은 염기의 몰수) ÷ (전체 부피)로 구한 뒤, pH = 14 − pOH (25 °C).

핵심 공식과 정의

풀이 예제

1. 이름을 쓰세요: (a) HNO₂ (b) K₂SO₄ (c) Fe(OH)₂ (d) NaHCO₃.

(a) 아질산 (산소가 더 적음 → "아~산"). (b) 황산 칼륨 (황산 → 황산염). (c) 수산화 철(II). (d) 탄산수소 나트륨, 산성염.

2. 마그네슘에서 시작해 염화 마그네슘으로 끝나는 변화 과정을 쓰세요.

2Mg + O₂ → 2MgO; MgO + H₂O → Mg(OH)₂; Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O.

3. HCl 25.0 mL를 중화하는 데 0.100 M NaOH 20.0 mL가 필요하다. [HCl]을 구하세요.

n(NaOH) = 0.100 × 0.0200 = 0.00200 mol = n(HCl). C = 0.00200 ÷ 0.0250 = 0.0800 M.

4. H₂SO₄ 20.0 mL를 0.250 M NaOH 32.0 mL가 중화한다. [H₂SO₄]를 구하세요.

n(NaOH) = 0.250 × 0.0320 = 0.00800 mol. H₂SO₄ : NaOH = 1 : 2 이므로 n(H₂SO₄) = 0.00400 mol. C = 0.00400 ÷ 0.0200 = 0.200 M.

5. 0.100 M HCl 25.0 mL에 0.100 M NaOH 20.0 mL를 넣은 뒤의 pH를 구하세요.

산 0.00250 mol, 염기 0.00200 mol. 남은 H⁺ = 0.000500 mol, 부피 45.0 mL. [H⁺] = 0.000500 ÷ 0.0450 = 0.0111 M. pH = 1.95.

6. 같은 플라스크에 NaOH 30.0 mL를 넣은 뒤의 pH를 구하세요.

염기 0.00300 mol, 남는 OH⁻ = 0.000500 mol, 부피 55.0 mL. [OH⁻] = 0.00909 M, pOH = 2.04, pH = 11.96. 겨우 10 mL 사이에 pH가 약 2에서 12로 뛰었어요 – 곡선의 가파른 구간입니다.

자주 하는 실수

연습 퀴즈

1. 양쪽성 산화물은 어느 것일까요?
2. 아황산의 염은 무엇이라고 부를까요?
3. CH₃COOH를 NaOH로 적정할 때 가장 알맞은 지시약은?
4. 25 °C에서 HCl + NaOH의 당량점 pH는?
5. 0.200 M 용액 15.0 mL에 들어 있는 NaOH의 몰수는?

연습: 직접 풀어 보세요

답을 입력하거나 고른 뒤 확인을 누르세요. 막히면 힌트를 보세요. 풀이는 답을 낸 뒤에 나타나요.

자주 묻는 질문

적정이란 쉽게 말해 무엇인가요?

농도를 아는 용액을 다른 용액에 한 방울씩 넣어 둘이 딱 맞게 반응하게 한 뒤, 모르는 농도를 계산하는 방법이에요.

종말점과 당량점은 어떻게 다른가요?

당량점은 반응식에 따라 산과 염기의 몰수가 맞는 지점이고, 종말점은 지시약의 색이 바뀌는 지점이에요. 좋은 지시약은 둘을 거의 같게 만들어요.

염의 이름은 어떻게 짓나요?

금속 이름을 먼저 쓰고 산 부분을 붙여요. "~산"은 "~산염", "아~산"은 "아~산염", "~화수소산"은 "~화물"이 됩니다.

배우는 곳

USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Chemical Reactions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Thermochemistry
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Acids and Bases
Russia11 классTheoretical foundations of chemistry

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